PolarTIL programming reveals an essential role for TGF-β1 in antitumor memory in human cutaneous malignancies

Il sistema immunitario umano è una vasta forza di difesa interna, che pattuglia costantemente il corpo per identificare e distruggere gli invasori come batteri e virus. Negli ultimi anni, i medici hanno imparato a sfruttare una parte specifica di questo esercito: i globuli bianchi chiamati cellule T. Queste cellule sono addestrate per riconoscere le marcature uniche sulle cellule cancerose e attaccarle. Un modo potente per utilizzare questa capacità è prendere le cellule cancerose del paziente, trovare le cellule T che hanno già invaso il tumore e coltivarle in laboratorio fino a ottenere miliardi di esse. Questo processo, noto come terapia cellulare adottiva, ha salvato vite, in particolare in caso di tumori della pelle come il melanoma. Tuttavia, rimane un ostacolo maggiore. Quando queste cellule vengono coltivate in laboratorio utilizzando metodi standard, spesso perdono il loro accento affilato. Diventano esauste, stanche e meno efficaci nel combattere il cancro una volta reinserite nel paziente. Gli scienziati cercano da tempo un modo per mantenere queste cellule giovani, energiche e pronte alla battaglia senza doverle modificare geneticamente o utilizzare procedure complesse e costose.

Un team di ricercatori dell'Università Emory ha trovato un modo per fare esattamente questo cambiando l'ambiente in cui queste cellule crescono. Invece di affidarsi al metodo tradizionale di nutrire le cellule con una dose costante e alta di un fattore di crescita chiamato interleuchina-2, hanno introdotto un breve e specifico impulso di un diverso set di segnali chimici proprio all'inizio del processo di coltura. Chiamano questo nuovo prodotto PolarTIL. I risultati sono stati sorprendenti. Sia nei modelli murini che nei campioni di tessuto umano, queste cellule riprogrammate sono cresciute molto più velocemente, sono diventate più numerose e hanno mantenuto un'identità distinta e potente che ha permesso loro di distruggere i tumori in modo molto più efficace rispetto alle cellule standard. Ancora più sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che una molecola a lungo considerata un soppressore del sistema immunitario, chiamata TGF-beta 1, era in realtà essenziale per questo successo. Rimuoverla completamente dal processo ha impedito alle cellule di funzionare, ribaltando un'ipotesi comune nella terapia del cancro e rivelando una nuova strada per il trattamento dei tumori solidi.

Il viaggio verso questa scoperta è iniziato con un'osservazione semplice su come si comportano le cellule T. In laboratorio, quando gli scienziati coltivano le cellule T usando alte dosi di interleuchina-2, le cellule si moltiplicano, ma spesso scivolano verso uno stato di esaurimento. Perdono la loro capacità di persistere nel corpo e la loro capacità di uccidere le cellule cancerose nel tempo. I ricercatori hanno ipotizzato che se avessero potuto cambiare le istruzioni date alle cellule proprio all'inizio della loro crescita, avrebbero potuto indirizzarle verso uno stato più duraturo e potente. Si sono rivolti a un gruppo specifico di cellule immunitarie note come cellule Tipo-17, che sono note in altri contesti per la loro capacità di fornire una protezione duratura. Hanno progettato un cocktail di citochine — messaggeri chimici che le cellule usano per comunicare tra loro — per mimare questo ambiente. Questo cocktail includeva segnali come l'interleuchina-1 beta, l'interleuchina-6 e l'interleuchina-21, insieme a una singola dose di TGF-beta 1.

Quando hanno applicato questa strategia alle cellule T prelevate da tumori murini, la differenza è stata immediata. Le cellule coltivate con il nuovo metodo PolarTIL si sono moltiplicate in numeri molto superiori rispetto a quelle coltivate con l'interleuchina-2 ad alto dosaggio standard. Ma la vera prova era se queste cellule potessero effettivamente guarire la malattia. I ricercatori hanno preso le cellule espanse e le hanno iniettate in topi che avevano tumori aggressivi di melanoma. I topi trattati con le cellule standard hanno visto solo un lieve ritardo nella crescita del tumore, che non era statisticamente significativo. Al contrario, i topi trattati con le cellule PolarTIL hanno visto i loro tumori scomparire completamente. Ancora più importante, questi topi sono rimasti liberi dal cancro per oltre 100 giorni. Quando i ricercatori hanno sfidato questi topi guariti con una nuova dose di cellule cancerose, gli animali hanno respinto la nuova infezione senza alcun aiuto, dimostrando che il trattamento aveva creato un'immunità sistemica duratura. Questa durabilità non era solo un colpo di fortuna; i ricercatori hanno dimostrato che il trattamento dipendeva dalla presenza continua delle cellule trasferite. Quando hanno rimosso le cellule donatrici dai topi guariti, la protezione è svanita e il cancro è tornato.

Il team si è poi spostato sul tessuto umano per vedere se questo approccio avrebbe funzionato al di fuori dell'ambiente controllato di un topo. Hanno raccolto campioni tumorali da pazienti con vari tumori della pelle, incluso il melanoma e il carcinoma a cellule di Merkel. Hanno diviso i campioni, coltivando alcune cellule con il metodo standard dell'interleuchina-2 ad alto dosaggio e altre con la nuova strategia PolarTIL. I risultati rispecchiavano gli studi sui topi. Le colture PolarTIL hanno prodotto cinque volte più cellule rispetto alle colture standard. Contenevano anche meno cellule T regolatorie, che sono un tipo di cellula immunitaria che può accidentalmente spegnere l'attacco al cancro. Invece, le colture PolarTIL erano arricchite con cellule che presentavano i marcatori della memoria residente nei tessuti, uno stato che permette alle cellule immunitarie di vivere in tessuti specifici e rimanere pronte a combattere. Queste cellule erano anche più aggressive, uccidendo le cellule tumorali dei pazienti molto più velocemente in laboratorio e rilasciando livelli più elevati delle armi chimiche necessarie per distruggere il cancro.

Per capire cosa stesse accadendo all'interno di queste cellule, i ricercatori hanno esaminato i loro progetti genetici. Hanno scoperto che le cellule PolarTIL non erano solo una versione leggermente diversa delle cellule standard; erano uno stato fondamentalmente diverso. Le cellule standard mantenevano molte delle caratteristiche di esaurimento che avevano quando venivano prelevate dal tumore. Le cellule PolarTIL, invece, avevano cambiato la loro programmazione genetica. Hanno attivato i geni associati al movimento attraverso i tessuti e l'interazione con altre cellule immunitarie, mentre hanno spento i geni legati all'esaurimento. Hanno anche mostrato una preferenza per l'espansione dei cloni specifici di cellule che avevano maggiori probabilità di riconoscere il tumore, piuttosto che limitarsi a far crescere qualsiasi cellula fosse presente. Ciò suggeriva che il breve impulso di segnali all'inizio della coltura fosse sufficiente per riprogrammare l'intera popolazione, selezionando i combattenti più efficaci.

La scoperta più inaspettata è avvenuta quando i ricercatori hanno cercato di capire quale parte del loro cocktail chimico stesse facendo il lavoro pesante. Hanno rimosso sistematicamente ogni ingrediente per vedere cosa sarebbe successo. Hanno scoperto che rimuovere la maggior parte dei segnali riduceva solo leggermente il numero di cellule, ma le cellule funzionavano comunque. Tuttavia, quando hanno rimosso il TGF-beta 1, l'intero processo è crollato. Questo è stato uno shock perché il TGF-beta è ampiamente noto nella ricerca sul cancro come una molecola che sopprime il sistema immunitario e aiuta i tumori a nascondersi. Infatti, molte terapie attuali sono progettate per bloccare il TGF-beta. Eppure, in questo specifico contesto, all'inizio della coltura cellulare, il TGF-beta 1 era indispensabile. Senza di esso, le cellule non riuscivano a sviluppare i marcatori residenti nei tessuti, non persistevano nel corpo e perdevano la loro capacità di guarire il cancro. I ricercatori hanno concluso che una breve esposizione precoce al TGF-beta 1 non stava sopprimendo le cellule, ma stava insegnando loro come diventare i combattenti residenti e duraturi necessari per una guarigione.

Questa scoperta sfida una convinzione di lunga data nel campo. Suggerisce che il tempo e il contesto di un segnale contano più del segnale stesso. Una molecola che agisce come un soppressore in un contesto può agire come un istruttore cruciale in un altro. Le cellule PolarTIL hanno anche mostrato un cambiamento nell'uso dell'energia, facendo affidamento su una via metabolica che supporta la sopravvivenza a lungo termine, a differenza delle cellule standard che si affidavano a una via che si esaurisce rapidamente. Inoltre, queste cellule hanno mostrato una maggiore capacità di comunicare con altre parti del sistema immunitario, come le cellule B, il che potrebbe aiutare a coordinare un attacco più ampio contro il tumore.

Le implicazioni di questo lavoro sono significative per il futuro del trattamento del cancro. I ricercatori hanno osservato che tutti i prodotti chimici utilizzati nel loro nuovo metodo sono già disponibili nei formati di alta qualità richiesti per l'uso umano, il che significa che questo approccio potrebbe essere tradotto rapidamente nei pazienti. Semplicemente cambiando le condizioni iniziali della coltura in laboratorio, sono stati in grado di creare un prodotto che è più potente, più numeroso e più duraturo di quanto sia attualmente disponibile. Questo offre una nuova speranza per i pazienti con tumori solidi che non hanno risposto ad altri trattamenti, fornendo un modo per generare un esercito di cellule immunitarie potente e autosufficiente senza la necessità di complessa ingegneria genetica. Lo studio conferma che la chiave per migliori terapie contro il cancro potrebbe non risiedere nell'aggiungere più complessità, ma nel comprendere le istruzioni precise ed iniziali che guidano il sistema immunitario verso una vittoria duratura.